脑梗死分子遗传学研究进展

杨文明 李 静

1)安徽中医学院第一附属医院神经内科 合肥 230031 2)安徽中医学院 合肥 230038

脑梗死分子遗传学研究进展

杨文明1)李 静1,2)

1)安徽中医学院第一附属医院神经内科 合肥 230031 2)安徽中医学院 合肥 230038

脑梗死是临床常见病、多发病,大量研究表明,脑梗死是一种多基因遗传病,随着分子生物学技术研究方法和手段的不断进展,在分子水平上探讨脑梗死的发生和发展及诊断和治疗受到极大关注。本文论述了脑梗死与相关基因的研究进展,在此基础上对脑梗死的基因诊断及治疗进行展望,为该病的分子遗传学为基础的病因学研究及诊治提供借鉴。

脑梗死;遗传学;基因

随着分子生物学和大量流行病学的深入研究,已经提示脑梗死与多基因的遗传相关,即具有遗传倾向。近年来,在脑梗死病因学研究方面,国内外医学界已经开展了大量的研究工作,水平不断提高,深度不断加强。研究的焦点主要集中在以分子遗传学为基础的脑梗死相关基因及其多态性上。研究较多的有载脂蛋白、血管紧张素转换酶、纤维蛋白原、E-选择素、一氧化氮合酶等,以此为基础,开展了脑梗死的基因诊断及临床治疗的初步研究。本文从脑梗死分子遗传学入手,探讨近几年来国内外与脑梗死病因、诊断及治疗相关的研究进展,以期获得对脑梗死更为全面的认识。

1 脑梗死与相关基因

1.1 脂代谢相关基因 脂代谢相关基因是脑梗死遗传学研究重要的候选基因[1]。近年研究发现某些载脂蛋白及血浆脂蛋白的基因多态性与脑梗死的发生有关。

1.1.1 载脂蛋白E基因：载脂蛋白E(ApoE)位于19号染色体上,含有4个外显子和3个内含子,其结构基因上已经发现有ε2、ε3、ε4 3 种等位基因。 近期很多研究表明,ε4 是Alzheimer病的易感基因,但与脑梗死的关系不十分明确。虽然国内外已经对ApoE基因多态性与脑梗死关系进行了大量研究,ApoE基因通过影响血脂、脂蛋白水平从而促进动脉粥样硬化的形成,进而影响脑梗死发病。普遍认为,ε4等位基因是脑梗死的遗传易感因子。Schneider等[2]认为,ε4是脑梗死发病的危险因素。Pezzini等[3]研究表明,携带ε4且同时吸烟是青年人缺血性卒中的独立危险因素。王景华等[4]研究结果表明,脑梗死组ε4等位基因频率(10%)明显高于正常对照组(4.6%),ε2和ε4对血脂代谢的调控有拮抗作用,ε2对人类预防脑梗死具有保护作用,而ε4为脑梗死发病的危险因素。

1.1.2 脂蛋白脂酶基因：脂蛋白脂酶(LPL)在脂质代谢和转运过程中发挥重要作用,LPL基因突变会造成血浆乳糜微粒(chylom icron,CM)和极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)降解障碍,导致血浆甘油三酯(triacy lglycerol,TG)水平增高、高密度脂蛋白(high density lipop rotein,HDL)水平降低,引起脂质代谢紊乱,与动脉硬化、高血压及肥胖的发生相关[5],因此与缺血性脑卒中的关系广受关注。LPL基因位于8q22,含有10个外显子和9个内含子。LPL Ser447stop突变频率较高,Shimo-Nakanishi等[6]结果表明,合并颈内动脉粥样硬化性狭窄的脑卒中患者,G+等位基因频率较低,比不合并颈内动脉狭窄的脑卒中患者G+等位基因携带率还要低,提示LPL Ser447stop对脑梗死的保护作用部分源于它对颈动脉粥样硬化的阻抑作用。滕亚娟等[7]认为Ser447stop多态性可能在动脉粥样硬化形成中发挥重要作用,与脑梗死存在一定的相关性,可能是缺血性脑血管疾病的一种保护性因素。杨玉梅等[8]首次选取LPL基因上的rs326位点检测,发现G等位基因携带者患大动脉粥样硬化性脑梗死的危险高于非携带者。

1.2 肾素-血管紧张素系统(RAS)基因

1.2.1 血管紧张素转换酶基因：血管紧张素转换酶(ACE)是肾素-血管紧张素-醛固酮系统的限速酶,在血管张力的调节和血管平滑肌细胞的增生中起重要作用,通过动脉粥样硬化、内皮功能障碍、血管破裂、血栓形成等诸多因素相互作用发生脑血管病。ACE基因位于第17号染色体上,包括25个内含子和26个外显子。关于ACE基因多态性与脑梗死的关系存在截然不同的观点。Gorm ley等[9]研究认为ACE基因插入缺失多态性与卒中的发生机制无关。Karagiannis[10]等认为 ACE基因多态性与脑梗死无关联性。然而 Tao等[11]报道ACE DD基因型可能是汉族人群脑梗死的危险因素。ACE基因被认为是心脑血管疾病遗传易感性的主要候选基因,通过不同的遗传机制在心脑血管疾病的发生发展中起作用,ACE通过增加血管紧张素Ⅱ的形成及失活缓激肽,导致血管收缩、平滑肌细胞增生,血管壁增厚,参与心脑血管疾病的发生与发展。

1.2.2 血管紧张素原基因：血管紧张素原(angiotensinogen,AGT)是血管紧张素前体,在高血压和脑卒中的发生、发展中可能起着相当重要的作用。AGT基因位于1q42-43,包含5个外显子和 4个内含子。牛小媛等[12]认为 AGT基因T704C多态性与中国山西汉族的中青年人群无并发症的脑梗死发病无关。刘艳等[13]采用多重SNaPshot反应研究提示,AGT基因可能与汉族人群脑梗死的发病相关。Brenner等[14]研究发现,AGT基因C521T对脑梗死有轻微保护作用。

1.3 血浆纤维蛋白原因子 血浆纤维蛋白原(fibrinogen,Fg)是一种肝细胞合成和分泌的血浆糖蛋白,参与凝血、血小板聚集和纤溶等过程,其浓度和分子聚合活性异常是脑梗死的重要危险因素,多种环境及遗传因素共同作用决定人群中个体间的Fg差异,从而影响CI的发病。Tataru等[15]研究结果显示伴动脉粥样硬化的患者纤维蛋白原水平明显高于不伴动脉粥样硬化的患者,而且纤维蛋白原水平与疾病严重程度密切相关。Blake等[16]的临床调查发现,β-148T突变型在心肌梗死、卒中、静脉血栓形成患者及对照组差异无统计学意义。β-148C/T基因多态性影响血浆Fg水平的机制尚未完全清楚,目前考虑是通过白介素-6的调节而实现的。β-148C/T多态性位点非常接近白介素-6反应元件,因而β-148C/T的碱基突变可能增加了核转录因子与白介素-6反应元件的亲和力,从而提高Fgβ基因的转录效率。马学玲等[17]研究表明 FgBβ-249C/T等位基因对 FgBβ链的转录无明显影响,且其生理性变异不影响Fg的水平及CI有相关性。

1.4 E-选择素基因 E-选择素(E-selec tin)是体内一种促炎细胞因子,它可介导内皮细胞与单核细胞、记忆T细胞、嗜酸、嗜碱性粒细胞、树突状淋巴细胞及前T细胞等结合,共同参与致炎作用。分子生物学研究表明,E-selectin第4外显子基因中存在A 561C碱基突变,该突变与动脉粥样硬化的形成、高血压等多种疾病相关,E-selectin基因位于第1号染色体长臂上,含14个外显子和13个内含子。E-selec tin参与多种白细胞(包括粒细胞、巨噬细胞和单核细胞等)及C记忆性T细胞亚群的黏附与聚集作用,同时减慢血流中的白细胞流动,使其滚动到血管内皮表面,在整合素的参与下使白细胞紧密黏附于内皮表面,并介导白细胞的渗出,参与动脉粥样硬化的形成[18]。

1.5 一氧化氮合酶基因 内皮型一氧化氮合酶(eNOS)基因编码的eNOS所产生的一氧化氮(NO)具有神经保护作用[19]。eNOS基因4号内含子处27个碱基(base pairing,bp)数目可变的串联重复序列(variab le number of tandem repeat,VNTR)重复4次者为a等位基因,表示为eNOS4a,重复5次者为b等位基因,H ou等[20]提出eNOS基因4号内含子27 bp VNTR多态性是中国人缺血性脑卒中的独立危险因素,尤其对无常见危险因素的人群影响更大。

1.6 血浆谷胱甘肽过氧化酶 血浆谷胱甘肽过氧化酶(GPX-3)作为含硒谷胱甘肽过氧化酶家族成员之一,是血浆中主要的抗氧化酶。研究证明谷胱甘肽过氧化酶启动子基因的插入将明显增加脑梗死的患病风险[21]。GPX-3的主要作用是清除血管内新陈代谢和氧化应激时产生过多的氧自由基,维护NO的生物利用度,从而维持正常的血管内皮功能;同时通过减轻细胞外的抗氧化压力,维持血浆中纤维蛋白原的功能,小组人群研究发现一个家庭细胞外抗氧化酶GPX-3的缺乏增加儿童卒中的危险。

2 脑梗死的基因诊断

临床上,脑梗死的诊断按照WHO脑卒中诊断标准及指南标准进行,详细询问病史,根据发病、临床特点、神经系统体检及影像学资料可明确诊断。寻找与脑梗死发病相关的候选基因是一项复杂的系统工程,Gretarsdottir等[22]对冰岛有卒中家族史的家族进行的基因组筛查,发现在染色体5q12、遗传标记为D5S2080的区位所得的优势对数记分为4186,提示这一位点可能存在导致脑梗死发病的相关基因。他们运用了单核苷酸多态性标志的方法,发现磷酸二酯酶4D(phosphodiesterase 4D,PDE4D)基因与卒中显著相关,尤其是与粥样硬化有关的颈动脉性和心源性脑梗死有关,他们推测PDE4D可能通过动脉粥样硬化引起卒中。但由于该研究仅仅是对冰岛人群的研究,故仍需大样本是否在不同人种中都起作用。Bak等[23]对丹麦孪生子的长期随访表明,同卵双生中因卒中而死亡的一致性为10%,而异卵双生者则为5%,分析得出遗传因素可增加卒中的危险。正在进行的一项前瞻性、多中心的临床研究(sib lings w ith ischem ic stroke study,SWISS)已成功地对几百对患缺血性卒中的同胞进行基因组扫描,该研究将为缺血性卒中的患病基因的筛选提供宝贵的资料。许虹等研究发现在白族人群中脑梗死患者的ACE基因DD型基因及D型等位基因的频率显著高于正常对照组(P＜0.05)。故将ACE基因多态性检测应用于临床,预测脑梗死发病的可能概率,对早期发现脑梗死易患人群及一级预防具有重要意义。

3 脑梗死的基因治疗

基因治疗是采用有效的载体,如质粒、病毒等将目的基因cDNA导入脑血管、脑室或周围组织,并表达有利于血管成长或抗细胞凋亡或抗脑损伤的物质,从而起到保护作用。缺血性脑血管病的治疗主要是保护缺血半暗带以防止其进一步损伤,缺血半暗带的细胞死亡方式主要是凋亡,所以抗凋亡成为治疗主要方向之一。在脑缺血发生后60 m in内注射L-精氨酸,可增加 eNOS,催化合成内源性的NO,舒张脑血管,减少脑损伤,从而对缺血半暗带起到神经保护作用;但在60 m in后注射L-精氨酸则引起经毒作用,是否给予神经元型NOS(neuronal NOS,nNOS)抑制剂,从而减少缺血脑NO的大量合成,间接起到神经保护作用,仍需大规模临床试验验证。脑梗死后的脑水肿是临床上常见的难题之一,也是临床病情加重的主要原因,COX-2作为催化花生四烯酸生成前列腺素(PGs)和血栓素(TXA 2)的关键酶,在急性脑梗死后继发神经元损伤和脑水肿形成过程中可能起着重要作用。脑梗死后COX-2的表达与脑含水量的变化具有时间上的相关性,提示COX-2参与了脑梗死后脑水肿的形成。COX-2表达上调,提示其代谢产物PGs和TXA2产生增加,使血管收缩,引起血管通透性变化,造成继发性神经元损伤,加重脑水肿。对于COX-2及其选择性抑制剂的深入研究,可能为临床提供新的治疗途径。周正艳等现以海南黎族为研究对象,采用聚合酶链反应-限制性片段长度多态性技术检测,结果显示黎族脑梗死组和健康对照组Apo E基因型以ε3/3为多,脑梗死组ε3/4基因型、ε4等位基因频率均明显高于健康对照组,提示ε4是黎族脑梗死的一种遗传易感因子 。因此,干预ε4表达或有效降血脂治疗可明显减少黎族高脂血症患者脑梗死不良事件的发生。

脑血管病的基因治疗仍处于实验研究阶段,研究的主要方向是通过将目的基因导入到脑缺血区,促进局部脑功能恢复。缺血所致的梗死和神经细胞凋亡密切相关,凋亡神经细胞的多少决定着梗死面积的大小。Hayashi等研究表明,用外源性血管内皮生长因子(vascu lar endothelia l grow th factor,VEGF)治疗大鼠脑梗死,神经细胞死亡减少,脑梗死体积缩小。刘艳秋等用VEGF121基因治疗大鼠脑梗死,发现VEGF生成增多,且神经细胞死亡减少,脑梗死体积明显缩小。胡明均等[24]用VEGF基因治疗大鼠脑梗死,结果显示外源性VEGF基因可被缺血脑组织摄取并表达,而且可以明显缩小脑梗死体积。外源性VEGF基因通过表达VEGF起保护神经细胞、缩小脑梗死体积的作用。另外,Tanaka等[25]将改良后的逆转录病毒载体注入沙土鼠海马齿状回,然后诱导短暂性脑缺血,形态学和免疫组化检测表明,缺血区可见神经元增殖和分化。B细胞淋巴瘤基因(B-cell lymphoma gene2,Bcl-2)对于脂质体的毒性引起的神经干细胞的凋亡有很好的保护作用[26]。Nakamura等报道Bcl-2基因可延长细胞存活时间,防止培养的神经细胞凋亡,动物实验结果显示,Bcl-2基因的脑内高表达可防止或明显降低各种损伤引起的细胞凋亡。Linnik等将Bcl-2基因导入缺陷性单纯疱疹病毒-1再注入大鼠脑皮质使其闭塞该大鼠右侧大脑中动脉和颈总动脉24 h后检测发现,病毒转染处Bcl-2蛋白表达明显增多,梗死灶缩小。但使用病毒作为载体容易使其基因插入突变,且有致癌和致畸的危险,因此限制了其临床应用。另外,有学者应用Bcl-2及COX-2转基因小鼠进行脑缺血的研究发现Bcl-2转基因小鼠具有脑保护作用而COX-2转基因小鼠无此作用[27]。Bcl-xl在缺血所导致的神经元损伤中起重要作用。肖文伍等[28]研究表明Bcl-x l蛋白在体外实验中能够抑制神经元的凋亡。Kmi等[29]应用Bcl-xl基因与脂质体共同转染神经干细胞,结果发现Bcl-xl对于脂质体的毒性引起的神经干细胞凋亡有很好的保护作用。

4 结语

脑梗死的发病与多种因素有关,是多因素复杂作用的结果。基因突变及其多态性与脑梗死的相关性认识已得到实验和临床研究证实,这次研究成果为脑梗死的基因诊断和治疗提供了科学详实的依据。但纵观目前的研究成果还处于早期阶段,随着分子生物学研究手段和方法的推陈出新,与脑梗死相关的新的致病基因会不断被发现,不断被认识,以至于逐渐改变我们对缺血性脑血管病防治的传统思路和防治策略,最大限度地降低脑梗死的发病率和病死率。从而在更大的范围内、更大的程度上提高缺血性脑血管病防治水平。

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R743.33

A

1673-5110(2011)09-0088-04

安徽省高校学科拔尖人才基金(No.教人〔2002〕023号);安徽省人才开发基金资助(No.2003Z026)

(收稿2011-04-01)

◦误诊误治分析◦